Wir gestalten Mobilität
Von der Technologie- zur Energie-Roadmap – IAV bietet Methodologie vom synthetischen Kraftstoff bis zur Abgasnachbehandlung
Wie lässt sich die individuelle Mobilität in Zukunft erhalten und zugleich emissionsärmer gestalten? Diese Frage beschäftigt derzeit die gesamte Automobilbranche. Neben E-Fahrzeugen bietet sich der Einsatz alternativer Kraftstoffe an, die weniger CO2 und andere Emissionen ausstoßen. Aber nur eine Gesamtbetrachtung kann deren Potenzial und ihre Wechselwirkung mit dem restlichen Energiesystem aufzeigen. IAV verfügt über Modelle, Tools und Daten, um Beteiligten wie OEMs, Netzbetreibern und industriellen CO2-Emittenten die besten Wege zur nachhaltigen Mobilität aufzuzeigen.
E-Fuels sind eine nachhaltige Alternative zu Kraftstoffen aus fossilen Quellen, die nicht nur klimafreundlich sind, sondern auch die lokalen Emissionen (etwa beim Ruß) positiv beeinflussen können. Dadurch eröffnen sie dem Verbrennungsmotor und der mit ihm verbundenen Infrastruktur eine langfristige Perspektive als wichtigem Teil der künftigen Mobilität.
Synthetisches Erdgas beispielsweise entsteht durch Wasserelektrolyse mithilfe von erneuerbarem Strom, gefolgt von einem weiteren Schritt, bei dem aus Wasserstoff und Kohlendioxid das Endprodukt Methan entsteht. Audi setzt bei seinen g-tron-Modellen auf solches „e-gas“, um den CO2-Ausstoß seiner Fahrzeugflotte zu verringern. Alternative E-Fuels sind synthetisches Benzin und synthetischer Diesel, die sich über bewährte Syntheseverfahren aus Kohlendioxid und Wasserstoff herstellen lassen. Der mögliche Dieselersatz OME (Oxymethylenether) kann aus Wasser, CO2 und regenerativ erzeugtem Strom produziert werden. „IAV kann die Eigenschaften aller alternativen Kraftstoffe bewerten, etwa in puncto Herstellungseffizienz, Klimanutzen und Anrechenbarkeit für die CO2-Flottenemissionen“, erklärt Dr. Bernd Becker, der das Team Fuels und Future Mobility bei IAV leitet. „Auf dieser Basis beurteilen wir ihre jeweiligen Produktionskapazitäten und Marktpotenziale. OEMs können wir den optimalen Mix aus unterschiedlichen Antriebslösungen unter Einbeziehung von E- und Brennstoffzellen-Fahrzeugen sowie Fahrzeugen mit E-Fuels vorschlagen.“ 12 Fokusthema | automotion Wir gestalten Mobilität Von der Technologie- zur Energie-Roadmap – IAV bietet Methodologie vom synthetischen Kraftstoff bis zur Abgasnachbehandlung.
Anpassungen an den Motor erforderlich
Es gibt viele Alternativen zu herkömmlichem Benzin und Diesel – aber es ist alles andere als einfach, sie in Serie zu bringen und ihre Produktion mit dem restlichen Energiesystem in Einklang zu bringen. Die Herausforderungen beginnen schon auf der Ebene der Komponenten des Kraftstoffsystems und der Motoren: „Man kann die konventionellen Kraftstoffe nicht ohne Weiteres durch E-Fuels ersetzen“, sagt Becker. „Wegen ihrer unterschiedlichen chemischen Eigenschaften erfordern sie unter anderem Änderungen am Dosiersystem, an der Motorsteuerung und an der Abgasnachbehandlung.“ Solche Herausforderungen lassen sich meistern, wie beispielsweise die Flex-Fuel-Fahrzeuge zeigen, die mit beliebigen Mischungen von Benzin und Ethanol zurechtkommen. „IAV verfügt in den Fachdisziplinen Mechanik, Thermodynamik, Chemie, Hydraulik und Reaktionskinetik über das erforderliche Wissen für die Vermessung, Modellierung, Auslegung und Optimierung von Kraftstoffsystemen“, so Becker. Eine sehr komplexe Aufgabe ist es, die Produktion der E-Fuels mit dem restlichen Energiesystem und der Industrie zu synchronisieren. Hier kommen die Produzenten erneuerbarer Energien, die Stromnetzbetreiber und industrielle CO2-Emittenten ins Spiel. „Baut man die alternativen Kraftstoffe intelligent in das Energie- und Wirtschaftssystem ein, profitieren alle Beteiligten“, so Becker. „Produktionsanlagen für E-Fuels erhöhen die Nachfrage nach Windstrom, außerdem entlasten sie die Netzbetreiber, weil sie bei Bedarf überschüssigen Strom abnehmen können. Industrielle CO2-Emittenten könnten das Kohlendioxid als Rohstoff für die Herstellung von E-Fuels zur Verfügung stellen.“
Auch andere Fragen müssen geklärt werden – beispielsweise, welcher der neuen Kraftstoffe auf welcher Spannungsebene in das System integriert werden soll: Große Produktionsanlagen für synthetisches Benzin kann man an das Hochspannungsnetz anschließen, dezentrale Anlagen für die Herstellung von synthetischem Erdgas ließen sich ins Mittelspannungsnetz integrieren.
Synergien erschließen durch sektorübergreifende Bewertung
Nur durch eine Gesamtbetrachtung des Wechselspiels zwischen allen Beteiligten und sektorübergreifende Geschäftsmodelle lässt sich das Potenzial der E-Fuels voll ausschöpfen. „Wir müssen darum von einer Technologie- zu einer Energie-Roadmap kommen“, fordert Becker. IAV führt dazu Analysen durch, durch die sich Synergien optimal erschließen lassen – zum Beispiel zwischen Netzbetreibern und Automobilherstellern. „Wir haben alle erforderlichen Methoden, Modelle, Tools und Daten zur Verfügung, zudem kennen wir die Märkte und das Mobilitätsverhalten der Käufer“, sagt Becker. „Durch unsere Mitarbeit in zahlreichen Forschungsprojekten sind wir auf dem neuesten Stand der Forschung, sodass wir unter anderem komplexe Netzwerksimulationen durchführen können. Wir können unseren Kunden darum eine durchgängige Methodologie zur Bewertung aller Alternativen anbieten – vom Kraftstoff bis zum Gesamtsystem.“
